四边形结构的孔状平板太赫兹波偏振分束器

技术领域

本发明涉及分束器，尤其涉及一种四边形结构的平板太赫兹波偏振分束器。

背景技术

太赫兹波谱位于微波和红外辐射之间。在电子学领域，这一频段的电磁波又被称为毫米波和亚毫米波；而在光谱学领域，它也被称为远红外辐射。一般所谓的太赫兹波段，其频率范围为0.1~10THz。在20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的THz辐射产生方法和检测方法，人们对该波段的特性知之甚少，以至于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。THz波介于微波与远红外光之间，它集成了微波通信与光通信的优点，相比较于微波通信而言：THz通信传输的容量大，可提供高达10Gb/s的无线传输速率，比当前的超宽带技术快几百甚至上千倍；THz波束更窄，方向性更好，可以探测更小的目标以及更精确地定位；THz波具有更好的保密性及抗干扰能力。相比较于光通信而言：THz波具有很好的穿透沙尘烟雾的能力，因此可以在大风沙尘以及浓烟等恶劣环境下进行正常通信工作，特别适合局域网的宽带移动通讯。目前，国际上关于太赫兹波的研究机构大量涌现，并取得了很多研究成果，太赫兹技术仍将是未来很长一段时间世界范围内广泛研究的热点。

太赫兹波通信系统离不开各种太赫兹波功能器件的性能保障。虽然国内外对于太赫兹波功能器件的研究虽然已经逐渐展开，但是太赫兹波功能器件作为太赫兹波科学技术应用中的重点和难点，相比太赫兹波产生和检测装置及太赫兹波传输波导的快速发展，仍需投入大量的人力、物力和财力进行深入的探索和研究。因此，对太赫兹波偏振分束器进行深层次的研究，有助于促进太赫兹波功能器件的研究和发展。目前国内外很多科研机构都致力于太赫兹波偏振器方面的研究并取得了一定的进展，但是相关报道十分有限。现有的太赫兹波偏振分束器往往结构复杂、体积较大难以实现小型化、并且价格昂贵，因此有必要设计一种结构简单，体积小、分束效率高的太赫兹偏振分束器以满足未来太赫兹波技术应用需要。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种结构简单、易于制作、高分束率的四边形结构的平板太赫兹波偏振分束器。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

四边形结构的平板太赫兹波偏振分束器包括信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、孔状镂空平板偏振器、分支状空隙；孔状镂空平板偏振器上设有分支状空隙，分支状空隙包括上侧空隙，左侧平行四边形空隙、右侧平行四边形空隙、下侧横向空隙、下侧等腰梯形空隙、下侧平行四边形空隙和右下侧空隙，下侧横向空隙与右下侧空隙之间有两个小孔状镂空，左侧平行四边形空隙和右侧平行四边形空隙的顶端和底端分别与上侧空隙底端和下侧横向空隙顶端相连，下侧等腰梯形空隙底端和下侧横向空隙顶端相连，下侧平行四边形空隙顶端和下侧横向空隙底端相连，孔状镂空平板偏振器上的其余位置是由上下相邻两行错开排列的大孔状镂空组成，错开的距离相等。

所述的孔状镂空平板偏振器长为2500~2600μm，宽为1200~1300μm，材料为砷化镓。所述的大孔状镂空的孔半径为18~20μm，相邻孔间距为50~60μm，孔状镂空平板偏振器中大孔状镂空相邻两行错开排列的距离为25~30μm，小孔状镂空的孔半径为8~10μm，两个小孔状镂空间距为50~60μm。所述的上侧空隙由移除第四行和第五行的大孔状镂空形成。所述的左侧平行四边形空隙、右侧平行四边形空隙、下侧平行四边形空隙分别由移除8×4个、8×7个、2×5个大孔状镂空形成。所述的下侧横向空隙的左边与左侧平行四边形空隙的左边平行，右边与右侧平行四边形空隙的右边平行，两个小孔状镂空上下错开排列于下侧横向空隙与右下侧空隙之间。所述的下侧等腰梯形空隙由移除两行大孔状镂空形成，其中上底移除4个、下底移除5个。

本发明的四边形结构的平板太赫兹波偏振分束器具有结构简单，占用空间小、分束率高，易于制作，成本低等优点。

附图说明：

图1是四边形结构的平板太赫兹波偏振分束器的三维结构示意图；

图2是四边形结构的平板太赫兹波偏振分束器的二维平面结构示意图

图3是太赫兹波偏振分束器的分支状空隙组成示意图；

图4是太赫兹波偏振分束器第一信号输出端的TE、TM波功率曲线；

图5是太赫兹波偏振分束器第二信号输出端的TM、TE波功率曲线。

具体实施方式

如图1~3所示，四边形结构的平板太赫兹波偏振分束器包括信号输入端1、第一信号输出端2、第二信号输出端3、孔状镂空平板偏振器4、分支状空隙5；孔状镂空平板偏振器4上设有分支状空隙5，分支状空隙5包括上侧空隙7，左侧平行四边形空隙8、右侧平行四边形空隙9、下侧横向空隙10、下侧等腰梯形空隙11、下侧平行四边形空隙12和右下侧空隙13，下侧横向空隙10与右下侧空隙13之间有两个小孔状镂空14，左侧平行四边形空隙8和右侧平行四边形空隙9的顶端和底端分别与上侧空隙7底端和下侧横向空隙10顶端相连，下侧等腰梯形空隙11底端和下侧横向空隙10顶端相连，下侧平行四边形空隙12顶端和下侧横向空隙10底端相连，孔状镂空平板偏振器4上的其余位置是由上下相邻两行错开排列的大孔状镂空6组成，错开的距离相等。 

所述的孔状镂空平板偏振器4长为2500~2600μm，宽为1200~1300μm，材料为砷化镓。所述的大孔状镂空6的孔半径为18~20μm，相邻孔间距为50~60μm，孔状镂空平板偏振器4中大孔状镂空相邻两行错开排列的距离为25~30μm，小孔状镂空14的孔半径为8~10μm，两个小孔状镂空间距为50~60μm。所述的上侧空隙7由移除第四行和第五行的大孔状镂空6形成。所述的左侧平行四边形空隙8、右侧平行四边形空隙9、下侧平行四边形空隙12分别由移除8×4个、8×7个、2×5个大孔状镂空6形成。所述的下侧横向空隙10的左边与左侧平行四边形空隙8的左边平行，右边与右侧平行四边形空隙9的右边平行，两个小孔状镂空14上下错开排列于下侧横向空隙10与右下侧空隙13之间。所述的下侧等腰梯形空隙11由移除两行大孔状镂空6形成，其中上底移除4个、下底移除5个。

实施例1

孔状镂空平板偏振器长为2600μm，宽为1300μm，材料为砷化镓，折射率为3.25。大孔状镂空的孔半径为20μm，相邻孔间距为60μm，孔状镂空平板偏振器相邻两行错开排列，错开的距离为30μm，小孔状镂空的孔半径为10μm，两个小孔状镂空间距为60μm。上侧空隙由移除第四行和第五行的大孔状镂空形成。左侧平行四边形空隙、右侧平行四边形空隙、下侧平行四边形空隙分别由移除8×4个、8×7个、2×5个大孔状镂空形成，左侧平行四边形空隙和右侧平行四边形空隙移除的大孔状镂空处于相同行。所述的下侧横向空隙的左边与左侧平行四边形空隙的左边平行，右边与右侧平行四边形空隙的右边平行，两个小孔状镂空上下错开排列于下侧横向空隙与右下侧空隙之间。下侧等腰梯形空隙由移除两行大孔状镂空形成，其中上底移除4个、下底移除5个，下底移除的5个大孔状镂空与下侧平行四边形空隙上边移除的5个大孔状镂空围成的区域为一个平行四边形。太赫兹波信号从信号输入端输入，通过分支状空隙与孔状镂空平板偏振器之间的耦合作用，TE波和TM波分别从第一信号输出端，第二信号输出端输出。四边形结构的平板太赫兹波偏振分束器的第一信号输出端的TE波、TM波功率曲线如图3所示，在0.4~1.1THz频段范围内TE波最大输出功率为-0.5dB，TM波的最小传输功率为-39.5dB；四边形结构的平板太赫兹波偏振分束器的第二信号输出端的TM波、TE波功率曲线如图4所示，在0.4~1.1THz频段TM波最大输出功率为-0.6dB，TE波最小输出功率为-39.0dB。这说明第一信号输出端输出是TE波，而第二信号输出端输出的是TM波，实现了偏振分束功能。